基于变频与plc控制的车床主轴数控系统设计

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1、基于变频与PLC控制的车床主轴数控系统设计Thenumericalcontrolsystemdesignofthelathe'spindlebasedonthefrequencyconversionandPLCcontrol欧洲，张晓东，田先亮OUZhou,ZHANGXiao-dong,TIANXian-liang（广东白云学院机电工程系，广州510450）摘要：以华中数控系统为控制软件，对普通车床主轴单元进行数控系统设计，主要包括主轴数控化设计的总体方案拟定、变频调速系统的设计、主轴PLC控制设计与主轴I/O开关量的设计，主轴数控系统设计后进行PLC调

2、试，运行结果表明，车床主轴加工的稳定性、准确性、快速性比普通车床有较大改善，主轴运行正常。关键词：变频器；PLC；车床；数控中图分类号：TP273文献标识码：B文章编号：1009-0134(2010)02-0175-040引言输出接口，继电器与PLC外部I/O板，以及电气控制设计与元器件安装、调试等自行完成。主轴数控随着计算机技术和信息技术的不断发展，作为采用开环控制方式和半闭环控制方式，包括硬件电国家装备工业基础的机床在向数字控制和智能控制气控制系统和软件系统两部分。数控系统能控制主的方向发展。数控机床是先进机械制造技术、数字轴启停、转速、方向、过载和

3、报警等；刀架能根据控制技术、计算机技术、信息技术、微电子技术、自加工需要自动转位换刀；车床主轴数控系统设计原动控制技术、检测技术等先进技术的系统集成，只理图如图1所示。要改变零件加工程序就能加工所需要的产品，加工速度快、精度高、花样多，能快速满足市场需求。目前小型数控车床在玩具制造、小零件小五金加工、装饰广告等行业有着广阔的前景，为适应市场灵活多变的需求，开发设计各种小型数控车床能较好的满足一大批中小企业的多样化需求，走与中大型数控系统设备厂家不同的差异化道路。本文主要探讨图1主轴数控系统设计原理图以国产华中数控系统为控制软件，对C6140型车床2主轴数

4、控系统设计总体方案主轴进行以变频技术与PLC控制技术为主的数控系统设计。2.1主轴变频器、电机与卡盘的选择1车床主轴数控化设计总体方案为了提高车床的自动化程度，主轴采用变频调速，进行半闭环控制，根据机械部分的设计计算与目前国内的数控系统大型的有SIEMENS数控C6140车床加工要求可选择FRF740-7.5KCH三菱变系统、中型的有FANUC数控系统、中小型的有三频器，适配7.5KW的三相交流调速电机；为了实现菱数控系统等，这些数控系统价格都在5万元以上，较好的低速大转矩特性，采用分档无级变频调速，属于高精度的闭环或半闭环控制方式。通过对加工即在精密加

5、工的时候可选择低速机械档位和高速机要求、精度要求、价格等因素比较后，采用国产华械档位，然后再通过变频器来调速；主轴运动由主中数控系统，包括控制面板、主机系统板卡与输入轴电机驱动，电机的调速、正反转、启停、急停、报收稿日期：2009-12-28基金项目：广东省教育厅重点项目资助（BKJGYB2008103）作者简介：欧洲（1975－），男，湖南长沙人，讲师，硕士，研究方向为机电一体化技术与数控技术。第32卷第2期2010-2【175】警等由PLC与数控系统控制。速度模拟电压信号范围为-10V~+10V，电流最大为主轴卡盘采用电动卡盘，卡盘的夹紧与松开由10

6、mA，如果采用双极性模拟量电压，这时采用使能PLC与数控系统控制。可选择KD11250型号电动三信号控制主轴启停。主轴编码器电源输出为+5V，使爪自定心卡盘，加装夹紧与松开信号开关，与数控用差分TTL方波，可提高可靠性和抗干扰能力，最系统的对应端口连接。大电流为200mA，信号电平为RS422电平。数控装2.2主轴编码器的选择置与主轴变频器、编码器的电气连接图如图2所示。主轴为了能加工螺纹，主轴电机要加装主轴编3.2主轴外部I/O开关量PLC控制原理与设计码器，与主轴同步转动，作为主轴位置信号的反馈主轴电气系统开关量输入信号与工作原理有：元件，用来测量电

7、机的转速、位移和转向，保证加主轴机械一档启动信号X2.0、二档启动信号X2.1，工螺纹或丝杠时，主轴每转一周，刀具能准确移动常开触点，闭合有效，启动机械变档；主轴外部运一个导程。根据机械部分的设计计算与要求，车床行允许信号X2.4，常开触点，闭合有效，主要检测能加工的最大螺纹导程为24mm，纵向的进给脉冲变频器使能；主轴过载报警信号X3.0，常闭触点，断当量为0.01mm/脉冲，所以每转一周加工一个导程开有效，主要监控变频器是否异常；主轴速度到达输出2400个脉冲，编码器有A、B相输出信号，A、信号X3.1，常开触点，闭合有效，检测主轴稳定速B相位差为9

8、0°，另外为了重复车削同一螺纹时不度；卡盘松开信号X0.7、常开触点，闭合有效，